JP6375097B2 - Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method - Google Patents

Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method Download PDF

Info

Publication number
JP6375097B2
JP6375097B2 JP2013009741A JP2013009741A JP6375097B2 JP 6375097 B2 JP6375097 B2 JP 6375097B2 JP 2013009741 A JP2013009741 A JP 2013009741A JP 2013009741 A JP2013009741 A JP 2013009741A JP 6375097 B2 JP6375097 B2 JP 6375097B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dose
irradiation
spot
treatment planning
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013009741A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014140431A (en
Inventor
嵩祐 平山
嵩祐 平山
林太郎 藤本
林太郎 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2013009741A priority Critical patent/JP6375097B2/en
Priority to US14/109,584 priority patent/US9630024B2/en
Priority to EP14151511.4A priority patent/EP2759317B1/en
Priority to CN201410030815.4A priority patent/CN103933672B/en
Publication of JP2014140431A publication Critical patent/JP2014140431A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6375097B2 publication Critical patent/JP6375097B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103Treatment planning systems
    • A61N5/1031Treatment planning systems using a specific method of dose optimization

Description

本発明は放射線治療計画装置及び治療計画方法に関する。   The present invention relates to a radiation therapy planning apparatus and a therapy planning method.

放射線治療では標的となる腫瘍細胞に対して放射線を照射することによって治療を行う。放射線を用いる治療の中ではX線が最も広く利用されているが、標的への線量集中性が高い陽子線や炭素線に代表される粒子線(荷電粒子ビーム)を利用した治療への需要も高まっている。   In radiation therapy, treatment is performed by irradiating a target tumor cell with radiation. X-rays are the most widely used treatment using radiation, but there is also a demand for treatments using particle beams (charged particle beams) typified by proton beams and carbon beams with high dose concentration to the target. It is growing.

放射線治療では、過度の照射や照射量の不足は腫瘍以外の正常組織への副作用や腫瘍の再発につながる可能性がある。腫瘍領域に対してできるだけ正確に、できるだけ集中するように指定した線量を照射することが求められる。   In radiotherapy, excessive irradiation and insufficient dose can lead to side effects on normal tissues other than tumors and tumor recurrence. It is required to irradiate the tumor area with the dose specified to concentrate as much as possible and as accurately as possible.

IMRT(Intensity Modulated Radiation Therapy)と呼ばれるX線を用いた治療では、コリメータ形状を変化させつつ多方向から照射することで、複雑な形状の標的領域に照射した場合でも、周辺の正常組織へ照射される線量を最小限に止めることができる。粒子線を用いた治療でも、強度を調整した細いビームを複数の照射角度から多数照射することで、標的領域に一様な線量分布を形成するIMPT(Intensity Modulated Proton Therapy)が実施されている。   In the treatment using X-rays called IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy), even if the target area with a complicated shape is irradiated by irradiating it from multiple directions while changing the shape of the collimator, the surrounding normal tissue is irradiated. Doses can be minimized. IMPT (Intensity Modulated Proton Therapy), which forms a uniform dose distribution in a target region by irradiating a number of thin beams with adjusted intensities from a plurality of irradiation angles, also in the treatment using particle beams.

IMPTは、スキャニング法を用いて実現される。スキャニング法は細い荷電粒子ビームを、二組の走査電磁石により偏向させ、平面内の任意の位置に導くことで、腫瘍内部を塗りつぶすように照射し、腫瘍領域にのみ高い線量を付与するという方法であり、様々な分布を容易に形成可能である。   The IMPT is realized using a scanning method. The scanning method is a method in which a thin charged particle beam is deflected by two sets of scanning magnets and guided to an arbitrary position in the plane to irradiate the tumor so that it fills the inside of the tumor, giving a high dose only to the tumor area. And various distributions can be easily formed.

IMRTやIMPTでは、実際の照射前に放射線治療計画装置を用いて計画を作成する過程が極めて重要となる。放射線治療計画装置はCT画像等から得られる患者体内の情報を基に、患者体内での線量分布を数値計算によりシミュレートする。操作者は放射線治療計画装置の計算結果を参照しながら、放射線を照射する方向やエネルギー,照射位置,照射量等の照射条件を決定する。以下にその一般的な過程を簡単に述べる。   In IMRT and IMPT, the process of creating a plan using a radiotherapy planning device before actual irradiation is extremely important. The radiation treatment planning apparatus simulates the dose distribution in the patient body by numerical calculation based on the information in the patient body obtained from the CT image or the like. The operator determines the irradiation conditions such as the irradiation direction, energy, irradiation position, and irradiation amount while referring to the calculation result of the radiation therapy planning apparatus. The general process is briefly described below.

操作者は、はじめに放射線を照射すべき標的領域を入力する。主としてCT画像を用い、画像の各スライスに標的となる領域を入力する。入力したデータは、操作者が放射線治療計画装置に登録することで、3次元の領域データとして放射線治療計画装置上のメモリに保存される。必要があれば、重要臓器の位置も同様に入力し、登録する。   The operator first inputs a target area to be irradiated with radiation. A CT image is mainly used, and a target region is input to each slice of the image. The input data is stored in the memory on the radiation treatment planning apparatus as three-dimensional area data when the operator registers it in the radiation treatment planning apparatus. If necessary, enter and register the position of the vital organ in the same way.

次に、操作者は、登録した各々の領域について目標とすべき線量値となる処方線量を設定する。設定は先に登録された標的領域、および重要臓器に対して行う。例えば、標的領域であれば腫瘍を壊死させるのに十分な線量が指定される。多くの場合、標的領域に照射されるべき線量の最小値と最大値を指定する。一方、重要臓器に関しては、耐えうる最大の線量値として許容線量を定める。   Next, the operator sets a prescription dose that becomes a target dose value for each registered region. The setting is made for the previously registered target area and important organ. For example, in the target area, a dose sufficient to necrotize the tumor is specified. In many cases, the minimum and maximum doses to be delivered to the target area are specified. On the other hand, for important organs, an allowable dose is determined as the maximum tolerable dose value.

操作者に指定された線量分布を実現するためのビーム照射位置や照射量は、放射線治療計画装置により決定される。通常は、初めに照射位置を決定し、その後、操作者の入力した線量分布条件を満たすように照射量を決定する。   The beam irradiation position and dose for realizing the dose distribution designated by the operator are determined by the radiation therapy planning apparatus. Usually, the irradiation position is determined first, and then the irradiation dose is determined so as to satisfy the dose distribution condition input by the operator.

照射量を効率よく決定する方法として、非特許文献1に記載のように処方線量からのずれを数値化した目的関数を用いる方法が広く採用されている。目的関数は線量分布が処方線量を満たすほど小さな値となるように定義されており、これを最小にするような照射量を反復計算により探索することで、最適とされる照射量を算出する。   As a method for efficiently determining an irradiation amount, a method using an objective function in which a deviation from a prescription dose is quantified as described in Non-Patent Document 1 is widely adopted. The objective function is defined so that the dose distribution becomes smaller as the prescription dose is satisfied, and the optimum dose is calculated by searching for the dose that minimizes the dose distribution by iterative calculation.

この結果、処方線量を満たす線量分布を得る照射量が算出できるが、非特許文献2及び非特許文献3に記載されているように、患者の位置決めの不確定性(位置決め誤差)や、呼吸による標的の移動(呼吸移動誤差)、CT値を水等価厚に変換する際の不確定性(飛程誤差)などの多くの不確定性が存在する。   As a result, it is possible to calculate an irradiation dose that obtains a dose distribution satisfying the prescription dose. However, as described in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, patient positioning uncertainty (positioning error) or due to breathing There are many uncertainties such as target movement (breathing movement error) and uncertainty (range error) when converting CT values to water equivalent thickness.

上記の不確定性により、実際に照射した場合の患者体内での線量分布が、立案した治療計画の線量分布と一致しない可能性もある。特にIMRTやIMPTでは、複数の照射方向から不均一な線量分布を形成し足し合わせることで所望の線量分布を形成するため、これらの不確定性の影響が顕著となり得る。   Due to the uncertainty described above, there is a possibility that the dose distribution in the patient when actually irradiated does not match the dose distribution of the planned treatment plan. In particular, in IMRT and IMPT, since a desired dose distribution is formed by forming and adding non-uniform dose distributions from a plurality of irradiation directions, the influence of these uncertainties can be significant.

治療計画立案時の不確定性の影響を軽減するため、各領域(標的領域や重要臓器)の線量と処方線量の乖離以外の特性に着目したいくつかの手法が提案されている。例えば、非特許文献4では、標的に照射するビームの飛程がランダムに変化すると仮定した上で、ビームが付与する線量及び目的関数の値を計算し、最適化計算を行うことで、飛程の不確定性に対する線量分布の感度を低減する。また、非特許文献5では、飛程誤差に加え位置決め誤差が発生した場合の線量分布を複数条件で計算し、計算された各領域の線量と処方線量との乖離の最大値の情報を目的関数の項に加え、最適化計算を行うことで、飛程誤差及び位置決め誤差が発生した場合の、各領域の線量と処方線量との乖離の最大値を低減し、飛程及び位置決めの不確定性などに対する線量分布の感度を低減できる。   In order to reduce the influence of uncertainty at the time of treatment planning, several methods have been proposed that focus on characteristics other than the difference between the dose of each region (target region and important organ) and the prescription dose. For example, in Non-Patent Document 4, it is assumed that the range of the beam irradiated to the target changes randomly, the dose and the objective function value given by the beam are calculated, and the optimization calculation is performed. Reduce the sensitivity of the dose distribution to the uncertainty of In Non-Patent Document 5, a dose distribution when a positioning error occurs in addition to a range error is calculated under a plurality of conditions, and information on the maximum deviation between the calculated dose in each region and the prescription dose is used as an objective function. In addition to the above item, optimization calculation reduces the maximum deviation between the dose in each area and the prescription dose when range error and positioning error occur, and the range and positioning uncertainty. The sensitivity of the dose distribution to

A. Lomax, “Intensity modulation methods for proton radiotherapy” Phys. Med. Biol. 44 (1999) 185-205.A. Lomax, “Intensity modulation methods for proton radiotherapy” Phys. Med. Biol. 44 (1999) 185-205. A. Lomax, “Intensity modulated proton therapy and its sensitivity to treatment uncertainties 1: the potential effects of calculation uncertainties” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1027-1042A. Lomax, “Intensity modulated proton therapy and its sensitivity to treatment uncertainties 1: the potential effects of calculation uncertainties” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1027-1042 A. Lomax, “Intensity modulated proton therapy and its sensitivity to treatment uncertainties 2: the potential effects of inter-fraction and inter-field motions” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1043-1056A. Lomax, “Intensity modulated proton therapy and its sensitivity to treatment uncertainties 2: the potential effects of inter-fraction and inter-field motions” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1043-1056 J. Unkelbach et al., “Accounting for range uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy” Phys. Med. Biol. 52 (2007) 2755-2773J. Unkelbach et al., “Accounting for range uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy” Phys. Med. Biol. 52 (2007) 2755-2773 D. Pflugfelder et al., “Worst case optimization: a method to account for uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1689-1700D. Pflugfelder et al., “Worst case optimization: a method to account for uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy” Phys. Med. Biol. 53 (2008) 1689-1700

一方で、不確定性の影響が大きいと経験的に判断した領域への照射を抑制することでも、計画の不確定性への感度を低減できる。例えば、金属アーチファクトの発生部分や、骨の近傍のように密度変化の大きい領域では飛程誤差が大きいと操作者が判断できれば、その領域への照射を抑制した治療計画を作成すればよい。   On the other hand, the sensitivity to the uncertainty of the plan can also be reduced by suppressing the irradiation to the area that is empirically determined that the influence of the uncertainty is large. For example, if the operator can determine that the range error is large in a region where the density change is large, such as a portion where a metal artifact is generated or a region near a bone, a treatment plan in which irradiation to the region is suppressed may be created.

ここで、ある領域の照射量を単純に抑制しただけでは、処方線量と大きく乖離した線量分布となる可能性がある。そのため、放射線治療計画装置は、線量分布を処方線量に近づけつつ、特定の領域への照射量を可能な限り抑制する計画を作成する必要がある。しかし、従来の放射線治療計画装置は線量分布を目標に近づけるように制御することが可能であったが、特定の領域への照射量を最適化計算時に直接制御する機能を持った治療計画装置はこれまでなかった。   Here, there is a possibility that a dose distribution greatly deviating from the prescription dose is obtained by simply suppressing the dose in a certain region. Therefore, the radiotherapy planning apparatus needs to create a plan that suppresses the dose to a specific region as much as possible while bringing the dose distribution close to the prescription dose. However, the conventional radiotherapy planning device was able to control the dose distribution to approach the target, but the treatment planning device with the function to directly control the dose to a specific area during the optimization calculation Never before.

上記課題は、放射線治療を行うための治療計画情報を作成する放射線治療計画装置において、操作者が処方線量や照射角度等を入力する入力装置と、入力装置の入力結果に基づき演算処理を行い、線量分布を処方線量に近づけるように照射条件を決定し、治療計画情報を作成する演算装置と、治療計画情報を表示する表示装置とを備え、演算装置は、放射線の照射位置によって定まる照射量抑制への要求度を表わす指標を照射位置毎に設定し、照射条件の決定時に、前記指標を用いて照射量を制御することを特徴とする放射線治療計画装置によって解決できる。   In the radiotherapy planning apparatus for creating the treatment plan information for performing radiotherapy, the above-mentioned problem is performed by the operator based on the input result of the input device and the input device for inputting the prescription dose, the irradiation angle, and the like, A calculation device that determines the irradiation conditions so that the dose distribution approaches the prescription dose, creates treatment plan information, and a display device that displays the treatment plan information. The calculation device controls the dose that is determined by the radiation irradiation position. This can be solved by a radiation therapy planning apparatus characterized in that an index representing the degree of demand for the above is set for each irradiation position and the dose is controlled using the index when determining the irradiation condition.

本発明によれば、治療計画立案上の不確定性に起因する患者体内での線量分布の悪化を抑制した照射条件の作成が可能となる。   According to the present invention, it is possible to create an irradiation condition that suppresses deterioration of dose distribution in a patient due to uncertainty in treatment planning.

本発明の好適な一実施形態により治療計画が立案されるまでの流れを表す図である。It is a figure showing the flow until a treatment plan is drawn up by suitable one Embodiment of this invention. 本発明の好適な一実施形態において本発明装置の処理の流れを表す図である。It is a figure showing the flow of a process of this invention apparatus in suitable one Embodiment of this invention. 本発明の好適な一実施形態である治療計画装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the treatment plan apparatus which is preferable one Embodiment of this invention. CTデータのスライス内における標的領域および重要臓器の入力を説明する図である。It is a figure explaining the input of the target area | region and important organ within the slice of CT data. 実施形態におけるスポット位置の選択方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the selection method of the spot position in embodiment. 実施形態におけるCTデータの任意の位置における水等価深さの算出方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the calculation method of the water equivalent depth in the arbitrary positions of CT data in embodiment. 実施形態における粒子線の停止位置の情報を算出する方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the method of calculating the information of the stop position of the particle beam in embodiment. 実施形態における標的領域への位置決め誤差に関するスコアの算出方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the calculation method of the score regarding the positioning error to the target area | region in embodiment. 実施形態における重要臓器への飛程誤差に関するスコアの算出方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the calculation method of the score regarding the range error to the important organ in embodiment. 表示装置上で患者CTデータ上にビームの停止位置を重ねて表示した図である。図中の点の大きさは各スポットに設定したスコアの大きさを表わす。It is the figure which displayed the stop position of the beam on the patient CT data on the display device. The size of the point in the figure represents the size of the score set for each spot.

以下に本発明の放射線治療計画装置及び治療計画方法の実施の形態を、図面を用いて説明する。   Embodiments of a radiation treatment planning apparatus and a treatment planning method of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施形態の放射線治療計画装置301を、図1乃至図3を用いて説明する。本実施形態の治療計画装置301は、スキャニング照射法による粒子線治療の治療計画を前提として説明するが、X線やガンマ線などの他の放射線を用いた放射線治療の治療計画を作成する場合にも適応可能である。   A radiotherapy planning apparatus 301 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The treatment planning apparatus 301 of the present embodiment will be described on the premise of a treatment plan of particle beam treatment by scanning irradiation method, but also when creating a treatment plan of radiation treatment using other radiation such as X-rays and gamma rays. Adaptable.

図1は、本実施形態の放射線治療計画装置(以下、治療計画装置)301を用いた場合の治療計画立案の流れを示す図である。図2は、本実施形態の治療計画装置301の処理の流れを示す図であり、図1のステップ105(治療計画装置の自動計算のステップ)を詳細に示す図である。図3は、治療計画装置301の全体構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a flow of treatment planning when a radiation treatment planning apparatus (hereinafter, treatment planning apparatus) 301 according to the present embodiment is used. FIG. 2 is a diagram showing the flow of processing of the treatment planning apparatus 301 of the present embodiment, and is a diagram showing in detail step 105 of FIG. 1 (automatic calculation step of the treatment planning apparatus). FIG. 3 is a diagram illustrating an overall configuration of the treatment planning apparatus 301.

治療計画装置301は、図3に示すように、入力装置302,表示装置303,メモリ304,演算処理装置305,通信装置306を備える。演算処理装置305が、入力装置302,表示装置303,メモリ(記憶装置)304,通信装置306に接続される。治療計画装置301は、ネットワークを介してデータサーバ307と接続されている。具体的には、治療計画装置301の通信装置306が、ネットワークを介してデータサーバ307に接続されてデータのやりとりをする。   As shown in FIG. 3, the treatment planning apparatus 301 includes an input device 302, a display device 303, a memory 304, an arithmetic processing device 305, and a communication device 306. An arithmetic processing device 305 is connected to the input device 302, the display device 303, the memory (storage device) 304, and the communication device 306. The treatment planning apparatus 301 is connected to the data server 307 via a network. Specifically, the communication device 306 of the treatment planning device 301 is connected to the data server 307 via the network and exchanges data.

治療される患者は、予めCT装置を用いて治療計画用CT画像を撮像されている。CT装置で撮像された治療計画用CT画像に関するデータ(CTデータ)は、データサーバ307に保存されている。このCTデータは、ボクセルと呼ばれる小さな領域ごとにCT値が記録された3次元のデータである。治療計画装置301は、このCTデータを利用して治療計画を立案する。   A patient to be treated has previously taken a CT image for treatment planning using a CT apparatus. Data (CT data) related to the CT image for treatment planning imaged by the CT apparatus is stored in the data server 307. This CT data is three-dimensional data in which CT values are recorded for each small area called a voxel. The treatment planning apparatus 301 makes a treatment plan using this CT data.

操作者である医療従事者(技師や医師)が、入力装置302から患者情報(患者ID)を入力すると、治療計画装置301は患者IDに相当する患者の治療計画情報の作成を開始する(ステップ101)。まず、入力装置302は、入力された患者IDを演算処理装置305に出力する。演算処理装置305は、入力された患者IDに基づいて、データサーバ307から対象となる患者のCTデータを読み込む。すなわち、治療計画装置301は、通信装置306に接続されたネットワークを通じて、データサーバ307から患者IDに対応する患者のCTデータを受け取り、メモリ304に記憶させる。また、治療計画装置301は、受け取ったCTデータに基づいて治療計画用のCT画像を作成し、表示装置303に表示させる。表示装置303は、患者の患部を含む領域を複数の層に分割した各スライス(各層)での画像を表示する。   When a medical worker (engineer or doctor) who is an operator inputs patient information (patient ID) from the input device 302, the treatment planning device 301 starts creating treatment plan information of the patient corresponding to the patient ID (step) 101). First, the input device 302 outputs the input patient ID to the arithmetic processing device 305. The arithmetic processing unit 305 reads CT data of the target patient from the data server 307 based on the input patient ID. That is, the treatment planning apparatus 301 receives the CT data of the patient corresponding to the patient ID from the data server 307 through the network connected to the communication apparatus 306 and stores it in the memory 304. Further, the treatment planning apparatus 301 creates a CT image for treatment planning based on the received CT data, and displays it on the display device 303. The display device 303 displays an image in each slice (each layer) obtained by dividing the region including the affected area of the patient into a plurality of layers.

操作者は、表示装置303に表示されたCT画像を確認しながら、入力装置302(マウス等の機器)を用いて、CT画像のスライス毎に、標的として指定すべき領域(標的領域)を入力する。この標的領域とは、例えば、操作者が患者の腫瘍領域であると判断した領域を含む、粒子線を照射すべきと判断した領域である。全てのスライスに対する標的領域の入力が終了すると、操作者は入力装置302から入力終了信号を入力する。治療計画装置301はこの入力終了信号を受け取ると、全てのスライスでの標的領域の情報を、メモリ304に記憶して登録する(ステップ102)。メモリ304に登録される情報は、操作者が入力した標的領域を示す3次元の位置情報である。照射線量を極力抑えるべき重要臓器が標的領域の近傍に存在する場合や、他に評価や制御が必要となる領域がある場合、操作者は表示装置303に表示された画像情報に基づいて、これらの重要臓器等の位置情報を入力装置302から入力する。この重要臓器等の位置情報は、標的領域の情報と同様、メモリ304に記憶して登録される。図4に、CTデータに基づいて生成された、患部を含む任意のスライス(層)401において、入力された標的領域402及び重要臓器等の領域403を表示装置303の表示した一例を示す。   The operator inputs an area (target area) to be designated as a target for each slice of the CT image using the input device 302 (device such as a mouse) while checking the CT image displayed on the display device 303. To do. The target area is an area that is determined to be irradiated with a particle beam, for example, including an area that the operator has determined to be a tumor area of a patient. When the input of the target area for all slices is completed, the operator inputs an input end signal from the input device 302. When receiving the input end signal, the treatment planning apparatus 301 stores and registers the information of the target area in all slices in the memory 304 (step 102). Information registered in the memory 304 is three-dimensional position information indicating the target area input by the operator. If there is an important organ in the vicinity of the target area where the irradiation dose should be suppressed as much as possible, or if there is another area that needs to be evaluated or controlled, the operator can select these based on the image information displayed on the display device 303. The position information of the important organs is input from the input device 302. The position information of the important organs and the like is stored and registered in the memory 304 as with the target area information. FIG. 4 shows an example in which the display unit 303 displays the input target region 402 and the region 403 such as an important organ in an arbitrary slice (layer) 401 including the affected part, which is generated based on the CT data.

次に、操作者は、照射方向を指定する。複数方向からの照射を行う場合には、複数の角度を選択する。この他に操作者が決定すべき照射のためのパラメータとしては、ステップ102で登録した領域に照射すべき線量値(処方線量)や隣り合うスポット間の間隔がある。処方線量は標的に照射すべき目標となる線量や、重要臓器が避けるべき最大線量が含まれる。横方向のスポット間隔は、荷電粒子ビームのビームサイズと同程度になるように初期値が自動的に決定されるが、操作者により変更することも可能である。操作者は、こうした必要な照射パラメータを設定する(ステップ103)。   Next, the operator designates the irradiation direction. When performing irradiation from a plurality of directions, a plurality of angles are selected. Other parameters for irradiation to be determined by the operator include a dose value (prescription dose) to be irradiated to the region registered in step 102 and an interval between adjacent spots. The prescription dose includes the target dose that should be delivered to the target and the maximum dose that important organs should avoid. The initial value of the horizontal spot interval is automatically determined so as to be approximately equal to the beam size of the charged particle beam, but can be changed by the operator. The operator sets these necessary irradiation parameters (step 103).

操作者は必要な照射パラメータを設定した後、治療計画立案上の不確かさの想定値を設定する(ステップ104)。操作者は入力装置302を用いて、想定される不確かさの大きさをmm単位もしくは%で入力する。   After setting the necessary irradiation parameters, the operator sets an estimated value of uncertainty in planning a treatment plan (step 104). The operator uses the input device 302 to input the magnitude of the estimated uncertainty in mm units or%.

不確かさの想定値が設定された後、治療計画装置301は自動計算を実施する(ステップ201)。まず、演算処理装置305は、メモリ304に読み込まれたCTデータと、操作者の入力した領域情報から照射位置の選択を開始する(ステップ202)。スポット位置の選択方法について、図5を用いて説明する。照射時には標的領域402の重心位置がアイソセンタ(粒子線治療装置の回転照射装置(図示せず)の回転中心位置)501に一致するように位置決めされることが想定される。照射位置は、アイソセンタ501を含み走査中心点(線源)502とアイソセンタ501を結ぶ直線503に垂直な面(アイソセンタ面)504上の座標で定義される。以下では、面504をアイソセンタ面、直線503をビーム中心軸と呼ぶ。例として、図5でアイソセンタ面504上の位置、点505が照射位置として選ばれたとする。治療計画装置301は、線源502と、点505を結ぶ直線506に沿ってビームを照射した場合に、ビームの停止する位置がほぼ標的内となるエネルギーを探索し、そのエネルギー(一種類とは限らない)を点505の位置に照射するエネルギーとして選択する。これをアイソセンタ面504上に設定したすべての照射位置に対して行うことで、標的を照射するのに必要なアイソセンタ面504上の照射位置とエネルギーの組(以下、スポットと表わす)が求まる。   After the estimated value of uncertainty is set, the treatment planning device 301 performs automatic calculation (step 201). First, the arithmetic processing unit 305 starts selecting an irradiation position from the CT data read into the memory 304 and the region information input by the operator (step 202). A method for selecting a spot position will be described with reference to FIG. At the time of irradiation, it is assumed that the position of the center of gravity of the target region 402 is positioned so as to coincide with the isocenter (rotation center position of the rotary irradiation apparatus (not shown) of the particle beam therapy apparatus) 501. The irradiation position is defined by coordinates on a plane (isocenter plane) 504 that includes the isocenter 501 and is perpendicular to a straight line 503 connecting the scan center point (line source) 502 and the isocenter 501. Hereinafter, the surface 504 is referred to as an isocenter surface, and the straight line 503 is referred to as a beam center axis. As an example, assume that a position on the isocenter plane 504 and a point 505 are selected as irradiation positions in FIG. When the beam is irradiated along the line 506 connecting the source 502 and the point 505, the treatment planning apparatus 301 searches for energy where the position where the beam stops is substantially within the target, and the energy (one type is (Not limited) is selected as the energy applied to the position of the point 505. By performing this for all irradiation positions set on the isocenter surface 504, a set of irradiation positions on the isocenter surface 504 and energy necessary for irradiating the target (hereinafter referred to as spots) can be obtained.

アイソセンタ面504上での照射位置の選択は、隣り合う照射位置の間隔がステップ103で指定された値以下となるように並べられる。最も簡単な方法として、一辺が指定された間隔の正方格子上に並べればよい。   The irradiation positions on the isocenter surface 504 are selected so that the interval between adjacent irradiation positions is equal to or less than the value specified in step 103. The simplest method is to arrange one side on a square lattice with a specified interval.

本実施形態の治療計画装置301では各スポットに対して照射量抑制への要求度を表わす指標(以下、スコアと呼ぶ)を設定する(ステップ203)。上述の通り、治療計画立案時の不確定性の例として、位置決め誤差と、飛程誤差がある。位置決め誤差の大きさはおよそ数mm以下、飛程誤差ならばおよそ数%程度である。例えば位置決め誤差が生じた場合、骨などの高密度物質がビーム通過経路周辺に存在するスポットは、高密度物質により飛程が大幅に変動し、標的領域の線量分布の悪化の要因となる。従って位置決め誤差の影響を低減するには、そのスポットのスコアは高く設定される必要がある。また、重要臓器がビーム通過経路周辺に存在するスポットも、位置決め誤差や飛程誤差が生じた場合に重要臓器への線量を増加させるため、スコアが高く設定される必要がある。以下では、標的領域への位置決め誤差に関するスコアと、重要臓器への飛程誤差に関するスコアを例に挙げて、演算処理装置305によるスコアの算出方法について図6乃至図8を用いて説明する。   In the treatment planning apparatus 301 of the present embodiment, an index (hereinafter referred to as a score) indicating the degree of demand for dose suppression is set for each spot (step 203). As described above, there are positioning errors and range errors as examples of the uncertainty at the time of treatment planning. The magnitude of the positioning error is about several millimeters or less, and about a few percent for range error. For example, when a positioning error occurs, the range of a spot where a high-density material such as bone exists around the beam passage path greatly varies due to the high-density material, which causes deterioration of the dose distribution in the target area. Therefore, in order to reduce the influence of the positioning error, the score of the spot needs to be set high. Also, a spot where an important organ exists in the vicinity of the beam passage path needs to have a high score in order to increase the dose to the important organ when a positioning error or a range error occurs. In the following, the score calculation method by the arithmetic processing unit 305 will be described with reference to FIGS. 6 to 8 by taking as an example a score related to the positioning error in the target region and a score related to the range error to the important organ.

初めに、治療計画装置301の演算処理装置305はCTデータの任意の位置での水等価厚を算出する。図6を用いて、水等価厚の算出方法を説明する。まず、演算処理装置305はメモリ304に記憶された照射条件の情報のうち、荷電粒子ビームを照射する角度の情報を読み込む。続いて、演算処理装置305は、線源502とアイソセンタ501を結ぶ直線503に垂直な面601を定義し、面601を適切な解像度(通常は数mm以下)で分割する。分割された領域一つ一つをピクセルと呼ぶ。続いて、演算処理装置305は、線源502側からあるピクセル602の中心位置を結ぶ直線603に沿って、決められたステップ(通常はピクセル602と同程度のサイズ)ごとにCTデータのボクセルの値を積算していく。この時、各ボクセルに保持されたCT値は、あらかじめ治療計画装置301のメモリ304に記憶されたテーブルにより、ボクセル内の物質を水に換算した場合の厚みに変換された上で積算される。これを水等価厚と呼ぶ。CT値から水等価厚への変換は、計算前にまとめて行ってもよい。演算装置305は、同様の計算を、ビーム進行方向に垂直な面601を分割したすべてのピクセルに関して行う。この操作により任意の位置での水等価厚が計算される。   First, the arithmetic processing unit 305 of the treatment planning apparatus 301 calculates a water equivalent thickness at an arbitrary position of CT data. A method of calculating the water equivalent thickness will be described with reference to FIG. First, the arithmetic processing unit 305 reads information on the angle at which the charged particle beam is irradiated among the irradiation condition information stored in the memory 304. Subsequently, the arithmetic processing unit 305 defines a surface 601 perpendicular to the straight line 503 connecting the radiation source 502 and the isocenter 501, and divides the surface 601 with an appropriate resolution (usually several mm or less). Each divided area is called a pixel. Subsequently, the arithmetic processing unit 305 performs the voxel of the CT data for each determined step (usually the same size as the pixel 602) along the straight line 603 connecting the center positions of the pixels 602 from the radiation source 502 side. Accumulate values. At this time, the CT value held in each voxel is integrated after being converted into a thickness when the substance in the voxel is converted into water by a table stored in the memory 304 of the treatment planning apparatus 301 in advance. This is called water equivalent thickness. The conversion from the CT value to the water equivalent thickness may be performed collectively before the calculation. The arithmetic unit 305 performs the same calculation for all pixels obtained by dividing the plane 601 perpendicular to the beam traveling direction. By this operation, the water equivalent thickness at an arbitrary position is calculated.

続いて演算処理装置305はスポットに照射するビームのビーム停止位置を算出する。算出方法を、図7を用いて説明する。まず、演算処理装置305はメモリ304に保存されているスポットを読み出す。続いて、読み出したスポットのエネルギーに対して、ビーム停止位置(線量分布でピークの表れる位置)までの深さを、メモリ304が保持しているテーブルから読み出す。演算処理装置305は読み出したスポットのスポット位置701と線源502を結ぶ直線702に沿って、決められたステップ(通常はピクセル602と同程度のサイズ)ごとに線源502からの水等価厚を参照し、ビームの停止位置と停止位置が含まれるピクセル(ビーム停止ピクセル)703を算出する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 305 calculates the beam stop position of the beam irradiated to the spot. The calculation method will be described with reference to FIG. First, the arithmetic processing unit 305 reads a spot stored in the memory 304. Subsequently, the depth to the beam stop position (position where the peak appears in the dose distribution) is read from the table held in the memory 304 with respect to the read spot energy. The arithmetic processing unit 305 calculates the water equivalent thickness from the radiation source 502 for each determined step (usually the same size as the pixel 602) along the straight line 702 connecting the spot position 701 of the read spot and the radiation source 502. With reference to this, a stop position of the beam and a pixel (beam stop pixel) 703 including the stop position are calculated.

上述の方法で算出したビーム停止位置及びビーム停止ピクセル703を用いて演算処理装置305はスポット毎にスコアを算出する。標的領域への位置決め誤差に関するスコアを算出する場合について、図7及び図8を用いて説明する。演算処理装置305は、ビーム停止ピクセル703を有しビーム中心軸に対して垂直な面704上でスコアを算出する。演算処理装置305は事前に操作者が設定した、位置決め誤差δ[mm]を読み込む。続いて、演算処理装置305は、面704上の各ピクセルでビーム停止ピクセル703との距離がδ[mm]以下のピクセル801に対して、ビーム停止ピクセルと各ピクセルの水等価深さの差の二乗和を計算し、計算結果をスポットのスコアとして一時的にメモリ304に保存する。従って、ビームの通過経路の周辺のみに高密度物質や低密度物質(骨や空気)が存在する場合、ビームの通過経路上とその周辺における水等価厚の差が大きくなり、スポットのスコアは大きくなる。演算処理装置305は、メモリ304内に保存されている全てのスポットに対してスコアの算出を実施した後、スコアの最大値が1となる様に全スポットのスコアを規格化した後、メモリ304に保存する。   Using the beam stop position and the beam stop pixel 703 calculated by the above method, the arithmetic processing unit 305 calculates a score for each spot. The case where the score regarding the positioning error to the target area is calculated will be described with reference to FIGS. The arithmetic processing unit 305 calculates a score on a plane 704 having the beam stop pixel 703 and perpendicular to the beam central axis. The arithmetic processing unit 305 reads the positioning error δ [mm] set in advance by the operator. Subsequently, the arithmetic processing unit 305 calculates the difference between the water equivalent depth of the beam stop pixel and each pixel for each pixel on the surface 704 whose distance from the beam stop pixel 703 is δ [mm] or less. The sum of squares is calculated, and the calculation result is temporarily stored in the memory 304 as a spot score. Therefore, if high-density material or low-density material (bone or air) exists only around the beam passage path, the difference in water equivalent thickness on and around the beam passage path is large, and the spot score is large. Become. The arithmetic processing unit 305 calculates the scores for all the spots stored in the memory 304 and then normalizes the scores of all the spots so that the maximum value of the score becomes 1, and then the memory 304 Save to.

図9を用いて、重要臓器への飛程誤差に関するスコアを算出する場合について説明する。演算処理装置305は、演算処理装置305がメモリ304から読み出したスポットのスポット位置701と線源502を結ぶ直線702に沿ってスコアを算出する。まず、演算処理装置305は、操作者が事前に設定した飛程誤差δR[%]を読み込み、ビーム停止ピクセル703の水等価深さから計算範囲δ[mm]を求める。続いて、演算処理装置305は、ビーム停止ピクセル703からの距離がδ[mm]以下で直線503上のピクセル901に対して、各々のピクセルが102で登録した重要臓器内に存在するか判別し、重要臓器内に存在したピクセルの総数をスポットのスコアとして一時的にメモリに保存する。従って、重要臓器の直前でビームが停止するスポットほど、スコアの値は大きくなる。演算処理装置305は、メモリ304内に保存されている全てのスポットに対してスコアの算出を実施した後、スコアの最大値が1となる様に全スポットのスコアを規格化した後、メモリ304に保存する。   The case where the score regarding the range error to an important organ is calculated is demonstrated using FIG. The arithmetic processing unit 305 calculates a score along a straight line 702 connecting the spot position 701 of the spot read out from the memory 304 by the arithmetic processing unit 305 and the radiation source 502. First, the arithmetic processing unit 305 reads the range error δR [%] set in advance by the operator, and obtains the calculation range δ [mm] from the water equivalent depth of the beam stop pixel 703. Subsequently, the arithmetic processing unit 305 determines whether each pixel exists in the important organ registered in 102 with respect to the pixel 901 on the straight line 503 whose distance from the beam stop pixel 703 is δ [mm] or less. The total number of pixels present in the vital organ is temporarily stored in the memory as a spot score. Therefore, the spot value where the beam stops immediately before the important organ increases. The arithmetic processing unit 305 calculates the scores for all the spots stored in the memory 304 and then normalizes the scores of all the spots so that the maximum value of the score becomes 1, and then the memory 304 Save to.

上述の方法で算出したスポットのスコアは視覚的に確認可能である。表示装置303は、照射スポットのエネルギー毎に照射位置を表示する。また、スポットに照射するビームのビーム停止位置を患者のCTスライス画像に重ねて表示することも可能である。表示装置303上で図4のCTデータの中のスライス401にビームの停止位置を重ねて表示した例を、図10に示す。点1001は、スポットに照射したビームがこの位置に停止することを表わす。点のサイズ、または色により、スポット毎に設定されたスコアを表示することもできる。図10ではスコアの大きさを点のサイズで表わしている。   The score of the spot calculated by the above method can be visually confirmed. The display device 303 displays the irradiation position for each energy of the irradiation spot. It is also possible to display the beam stop position of the beam applied to the spot superimposed on the CT slice image of the patient. FIG. 10 shows an example in which the beam stop position is superimposed on the slice 401 in the CT data of FIG. 4 on the display device 303 and displayed. Point 1001 represents that the beam irradiated to the spot stops at this position. The score set for each spot can also be displayed by the size or color of the points. In FIG. 10, the magnitude of the score is represented by the point size.

表示装置303上の表示画面上で入力装置302を用いて操作者が任意の領域1002を作成し、作成した領域内のスポットのスコアの値を変更することも可能である。例えば、CTデータ内に金属アーチファクトが発生しており、操作者が金属アーチファクトの発生領域において不確定性が高いと経験的に判断した場合、操作者は入力装置302を用いて、発生領域を覆うようにスコアを設定する領域を作成する。その領域内でビームが停止するスポットに対して、操作者は任意の値をスコアとして設定する。以上のように、領域を指定してスコアを設定することで、複数個のスポットに対してスコアを一度に設定することが可能である。   It is also possible for the operator to create an arbitrary region 1002 using the input device 302 on the display screen on the display device 303 and change the score value of the spot in the created region. For example, when a metal artifact has occurred in the CT data, and the operator empirically determines that there is high uncertainty in the metal artifact generation area, the operator uses the input device 302 to cover the generation area. Create a region to set the score as follows. The operator sets an arbitrary value as a score for the spot where the beam stops within the region. As described above, it is possible to set a score for a plurality of spots at once by specifying a region and setting a score.

設定した全てのスポットに対してスコアが設定されると、操作者の指示操作により、治療計画装置301の演算処理装置305は照射量の最適化計算を行う。治療計画装置301は通常、処方線量とのズレを数値化した目的関数を定義し(ステップ204)、これを反復計算により最小化することで目的関数のパラメータである照射量を算出する(ステップ205)。本実施形態の治療計画装置301では、目的関数にスポット毎に設定したスコアを考慮することで、特定のスポットへの照射量を抑制することにより、治療計画立案上の不確定性の影響を低減させる。演算処理装置305は、次のように目的関数を生成(定義)する。   When scores are set for all the spots that have been set, the arithmetic processing unit 305 of the treatment planning apparatus 301 performs an optimization calculation of the dose by an operator's instruction operation. The treatment planning apparatus 301 normally defines an objective function in which the deviation from the prescription dose is quantified (step 204), and minimizes this by iterative calculation to calculate the dose as a parameter of the objective function (step 205). ). In the treatment planning apparatus 301 of the present embodiment, the influence set by the treatment plan is reduced by suppressing the irradiation amount to a specific spot by considering the score set for each spot in the objective function. Let The arithmetic processing unit 305 generates (defines) the objective function as follows.

演算処理装置305は、ステップ102で登録した標的領域401内、重要臓器402内それぞれに線量を計算する点をm個及びn個設定する。これらの点における線量値が、ステップ103に操作者により入力された処方線量をできる限り満たさなければならない。ここでは、標的領域401に対応するm個の点に対して目標とする線量値p、重要臓器402に対応するn個の点に対して許容線量値lが設定されたとする。目的関数のパラメータとなる各スポット照射量を要素とするベクトルを
と書く。
の次元は全スポット数kである。次に、標的領域401内のm個の点での線量値を要素とするベクトルを
で表すと、個々のスポットへの照射量
との関係は、下記(式1)で表せる。
The arithmetic processing unit 305 sets m and n points for calculating doses in the target region 401 and the important organ 402 registered in step 102. The dose values at these points must satisfy as much as possible the prescription dose entered by the operator in step 103. Here, it is assumed that the target dose value p is set for m points corresponding to the target region 401 and the allowable dose value l is set for n points corresponding to the important organ 402. A vector with each spot dose as an element as a parameter of the objective function
Write.
Is the total number of spots k. Next, a vector whose elements are dose values at m points in the target area 401 is
The amount of irradiation to each spot
Can be expressed by the following (formula 1).

行列Aは各スポットへ照射したビームからの標的領域内の点への寄与を表し、メモリ304に記憶されている照射方向やCT画像による体内の情報を基に治療計画装置内の演算処理装置305が算出する。   The matrix A represents the contribution of the beam irradiated to each spot to the points in the target area, and the arithmetic processing unit 305 in the treatment planning apparatus based on the irradiation direction stored in the memory 304 and the information in the body based on the CT image. Is calculated.

同様に、重要臓器402内のn個の点での線量値を要素とするベクトル
をとすると、個々のスポットへの照射量
との関係は、下記(式2)で表せる。
Similarly, a vector whose elements are dose values at n points in the vital organ 402
The amount of irradiation to each spot
Is expressed by the following (formula 2).

演算処理装置305は行列A,行列Bを算出後、ステップ203で各スポットに設定されたスコアを表わすベクトル
を用いて以下のような目的関数を生成する。
The arithmetic processing unit 305 calculates a matrix A and a matrix B, and then a vector representing the score set for each spot in step 203
The following objective function is generated using

ここで、上記(式3)の右辺の第一項にあるwi(1)と第二項にあるwi(2)はそれぞれの点に対応するウエイトであって、ステップ103により、処方線量と共に操作者によって入力される値である。(式3)の右辺の第一項と第二項は、従来の治療計画装置にも存在する部分であり、処方線量を満たすように線量分布を制御するための項である。(式3)の右辺の第一項は標的内の線量を制御する部分となり、m個の点での線量値が目標として設定された処方線量値pに近いほど
は小さくなる。(式3)の右辺の第二項は重要臓器内の線量を制御する項であり、重要臓器内の線量は許容線量lを越えない線量であれば良い。(式3)の右辺の第二項にあるθ(di(2)-l)は階段関数であり、di(2)<lの場合は0、それ以外の場合は1となる。
Here, wi (1) in the first term on the right side of (Equation 3) and wi (2) in the second term are weights corresponding to the respective points, and are operated together with the prescription dose in step 103. It is a value entered by the user. The first term and the second term on the right side of (Equation 3) are also present in the conventional treatment planning apparatus, and are terms for controlling the dose distribution so as to satisfy the prescription dose. The first term on the right side of (Equation 3) is the part that controls the dose in the target, and the closer the dose value at m points is to the prescription dose value p set as the target,
Becomes smaller. The second term on the right side of (Equation 3) is a term for controlling the dose in the important organ, and the dose in the important organ may be a dose that does not exceed the allowable dose l. Θ (di (2) -l) in the second term on the right side of (Expression 3) is a step function, and is 0 if di (2) <l, and 1 otherwise.

(式3)の右辺の第三項が、本実施例の特長である各スポットへの照射量を直接的に制御する項である。スコアSiの大きいスポットへの照射量の割合を低下させる程、
は小さくなるため、スコアSiが大きく設定されたスポットでは照射量が低下するよう、Siが小さく設定されたスポットでは照射量が大きくなるよう制御される。治療計画立案上の不確定性の線量分布への影響が大きいスポットに高いスコアを設定することで、不確定性の線量分布への影響を低減可能な照射量
の探索が可能となる。
The third term on the right side of (Expression 3) is a term that directly controls the irradiation amount to each spot, which is a feature of this embodiment. The lower the ratio of the dose to a spot with a high score S i ,
Therefore, the amount of irradiation is controlled so as to decrease at a spot where the score S i is set large, and so that the amount of irradiation increases at a spot where the S i is set small. Irradiation dose that can reduce the impact of uncertainty on the dose distribution by setting a high score for spots that have a large impact on the dose distribution of treatment planning
Can be searched.

また、K0は第三項の重要度を表わす。K0の初期値は自動的に設定されるが、操作者により変更することも可能である。K0の値により、線量分布の制御((式3)の第一項、第二項)と、スポットへの照射量の制御((式3)の第三項)とのどちらを優先した解を得るかを選択することができる。操作者がK0に0を設定した場合、(式3)の第三項は無視される。 K 0 represents the importance of the third term. The initial value of K 0 is automatically set, but can be changed by the operator. Depending on the value of K 0 , the solution gives priority to either dose distribution control (first and second terms in (Equation 3)) or spot dose control (third term in (Equation 3)). You can choose to get. When the operator sets K 0 to 0, the third term of (Equation 3) is ignored.

演算装置305は上記(式3)の目的関数を生成後、反復計算を繰り返すことで、
が最も小さくなる
を探索する。反復計算の具体的な内容の例としては、非特許文献1に詳しい。
The arithmetic unit 305 repeats the iterative calculation after generating the objective function of (Equation 3) above,
Is the smallest
Explore. Non-Patent Document 1 is a detailed example of specific contents of the iterative calculation.

スコアとしてビームの通過経路周辺の密度変化量を設定し、最適化計算を実施した場合、密度変化が大きいスポットへの照射量を抑制することが可能となる。従って、位置決め誤差が発生した場合に、通過経路の密度変動により飛程が大きく変動するスポットへの照射量を抑制でき、標的領域の線量分布の悪化を低減することが可能となる。   When the density change amount around the beam passage path is set as the score and the optimization calculation is performed, it is possible to suppress the irradiation amount to the spot where the density change is large. Therefore, when a positioning error occurs, it is possible to suppress the dose to a spot whose range varies greatly due to the density variation of the passage route, and to reduce the dose distribution in the target area.

一方、飛程誤差が発生した場合のビーム通過経路上における重要臓器の存在度をスコアとして設定し、最適化計算を実施した場合、飛程誤差が発生した場合に重要臓器へ線量を付与しやすいスポットへの照射量を抑制することが可能となる。そのため、飛程誤差による重要臓器への過照射を抑制することが出来る。   On the other hand, if the degree of presence of important organs on the beam passage path when a range error occurs is set as a score and optimization calculation is performed, it is easy to give a dose to an important organ when a range error occurs It becomes possible to suppress the irradiation amount to the spot. Therefore, it is possible to suppress over-irradiation of important organs due to range errors.

反復計算により照射量が定まると、治療計画装置301は最終的に得られたスポット位置と各スポットへの照射量を用いて、線量分布を計算する。計算した結果は、表示装置303に表示される(ステップ206、207)。操作者は、指定した線量が標的領域に過不足なく与えられているのかを表示装置303上で確認する(ステップ106)。   When the dose is determined by iterative calculation, the treatment planning device 301 calculates a dose distribution using the finally obtained spot position and the dose to each spot. The calculated result is displayed on the display device 303 (steps 206 and 207). The operator confirms on the display device 303 whether or not the designated dose is given to the target region without excess or deficiency (step 106).

標的領域への線量分布の確認には、DVH(Dose Volume Histogram)と呼ばれるヒストグラムも広く利用される。治療計画装置301は演算処理装置305を用いてDVHの値を計算した上で表示装置303に表示する。   A histogram called DVH (Dose Volume Histogram) is also widely used for confirming the dose distribution to the target area. The treatment planning device 301 calculates the DVH value using the arithmetic processing device 305 and displays it on the display device 303.

操作者は表示装置303に表示された線量分布やDVHを使って線量分布結果を解析し、線量分布が目標とする条件を満たしているか否かを判断する(ステップ107)。望ましくない分布になっていた場合は、ステップ103に戻り、照射条件を設定し直す。これは照射方向やスポット間隔の変更が含まれる。条件を変更した場合は、操作者の指示により治療計画装置301がスポットと照射量を算出し、新しい線量分布結果が表示装置303に表示される。望ましい結果が得られた時点で、治療計画の立案は終了する(ステップ108、ステップ109)。得られた照射条件は、ネットワークを通じてデータサーバ307に保存される。   The operator analyzes the dose distribution result using the dose distribution and DVH displayed on the display device 303, and determines whether or not the dose distribution satisfies the target condition (step 107). If the distribution is not desirable, the process returns to step 103 to reset the irradiation conditions. This includes changing the irradiation direction and spot spacing. When the condition is changed, the treatment planning device 301 calculates the spot and the dose according to the operator's instruction, and the new dose distribution result is displayed on the display device 303. When a desired result is obtained, the treatment planning is finished (step 108, step 109). The obtained irradiation conditions are stored in the data server 307 through the network.

スキャニング照射には、ある照射位置に規定量のビームを照射後、一度ビームを停止し、次の照射すべき照射位置に移動した後に再び照射を開始するスポットスキャニング方式と、照射位置の移動中にもビームの照射を停止しないラスター方式がある。上述の実施形態では、スポットスキャニング方式を前提として説明した。但し、ラスター方式であっても、照射条件を求める場合には離散的に計算を行うために複数の照射位置を設定する必要があり、本発明の放射線治療計画装置は、ラスター方式を用いる治療の治療計画を作成する場合にも適応可能である。   In scanning irradiation, after irradiating a certain amount of beam to a certain irradiation position, stop the beam once, move to the irradiation position to be irradiated next, and then start irradiation again, and while moving the irradiation position There is also a raster system that does not stop beam irradiation. In the above-described embodiment, the spot scanning method has been described. However, even in the raster method, when obtaining the irradiation conditions, it is necessary to set a plurality of irradiation positions in order to perform a discrete calculation, and the radiation treatment planning apparatus of the present invention can perform treatment using the raster method. It can also be applied when creating a treatment plan.

301 治療計画装置
302 入力装置
303 表示装置
304 メモリ
305 演算処理装置
306 通信装置
307 データサーバ
401 CTデータのスライス
402 標的領域
403 重要臓器
501 アイソセンタ
502 線源
503 ビーム中心軸
504 アイソセンタ面
506 点505と線源502を結ぶ直線
601 ビーム中心軸に垂直な面
602 面601を分割したピクセルの一つ
603 ピクセル603の中心位置と線源502を結ぶ直線
701 照射スポットの一つ
702 照射スポット701と線源502を結ぶ直線
703 照射スポット702に照射したビームのビーム停止ピクセル
704 ピクセル703を有しビーム中心軸に対して垂直な面
801 ピクセル703との距離がδ[mm]以下のピクセル
901 ピクセル703からの距離がδ[mm]以下で直線503上のピクセル
301 treatment plan device 302 input device 303 display device 304 memory 305 arithmetic processing device 306 communication device 307 data server 401 CT data slice 402 target region 403 important organ 501 isocenter 502 radiation source 503 beam center axis 504 isocenter plane 506 point 505 and line Straight line 601 connecting the source 502 Surface 602 perpendicular to the beam center axis One of the pixels 603 obtained by dividing the surface 601 A straight line 701 connecting the center position of the pixel 603 and the radiation source 502 One of the irradiation spots 702 The irradiation spot 701 and the radiation source 502 A line 703, a beam stop pixel 704 of the beam irradiated to the irradiation spot 702. [delta] [mm] pixels on a line 503 below

Claims (3)

放射線治療を行うための治療計画情報を作成する放射線治療計画装置において、
操作者が処方線量と照射角度と放射線の照射位置に基づいて定まる照射量抑制への要求度を表わす指標を設定する任意領域とを入力する入力装置、
前記処方線量と前記照射角度とに基づいて演算した線量分布が前記処方線量に近づくように照射条件を決定し、治療計画情報を作成する演算装置及び、
前記治療計画情報を表示する表示装置を備え、
前記演算装置は、照射対象のCTデータのCT値から前記指標を算出して設定した後に、前記照射対象のうち前記任意領域に含まれる照射位置に対して前記照射位置毎の前記指標変更されると、(式4)を用いて前記処方線量と照射量とのズレを数値化した目的関数
を算出し、前記目的関数に基づいて前記照射条件を決定し、
前記(式4)において、mは前記対象領域に設定される点の個数、nは前記対象領域内の重要臓器に設定される点の個数、kはスポット数、pは前記処方線量、w (1)とw (2)はそれぞれの点に対応するウエイト、d (1)はそれぞれの点における線量値、lは前記重要臓器における許容線量、d (2)はそれぞれの点における線量値、K は(式4)における右辺の第三項の重要度、Sは前記指標、xはスポットiにおける照射量、を示し、
前記(式4)のθ(d (2)−l)は段階関数であり、d (2)<lの場合は0、それ以外の場合は1であることを特徴とする放射線治療計画装置。
In a radiotherapy planning apparatus for creating treatment plan information for performing radiotherapy,
And operator prescribed dose, the irradiation angle and an input device for inputting an arbitrary area, the setting the index representing the demands on the dose inhibiting determined based on the irradiation position of the radiation,
A calculation device that determines irradiation conditions so that a dose distribution calculated based on the prescription dose and the irradiation angle approaches the prescription dose, and creates treatment plan information , and
A display device for displaying the treatment plan information;
The calculation device calculates and sets the index from the CT value of the CT data of the irradiation target, and then the index for each irradiation position is changed with respect to the irradiation position included in the arbitrary region of the irradiation target. Then , an objective function that quantifies the deviation between the prescription dose and the irradiation dose using (Equation 4).
And determining the irradiation condition based on the objective function,
In (Expression 4), m is the number of points set in the target region, n is the number of points set in the important organ in the target region, k is the number of spots, p is the prescription dose, and w i (1) and w i (2) are weights corresponding to the respective points, d i (1) is a dose value at each point, l is an allowable dose in the important organ, and d i (2) is at each point. Dose value, K 0 is the importance of the third term on the right side in (Equation 4), S i is the index, x i is the dose at spot i,
Θ (d i (2) −l) in (Equation 4) is a step function, 0 if d i (2) <l, and 1 otherwise. apparatus.
前記演算装置は、前記照射位置と密度情報に基づいて前記指標を決定することを特徴とする請求項1に記載の放射線治療計画装置。   The radiotherapy planning apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic device determines the index based on the irradiation position and density information. 前記演算装置は、設定した前記指標の情報を表示させることを特徴とする請求項1に記載の放射線治療計画装置。   The radiotherapy planning apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic device displays information on the set index.
JP2013009741A 2013-01-23 2013-01-23 Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method Active JP6375097B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013009741A JP6375097B2 (en) 2013-01-23 2013-01-23 Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method
US14/109,584 US9630024B2 (en) 2013-01-23 2013-12-17 Radiation treatment planning system and method of radiation treatment planning
EP14151511.4A EP2759317B1 (en) 2013-01-23 2014-01-17 Radiation treatment planning system and method of radiation treatment planning
CN201410030815.4A CN103933672B (en) 2013-01-23 2014-01-22 Radiation therapy planning device and therapy planning method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013009741A JP6375097B2 (en) 2013-01-23 2013-01-23 Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014140431A JP2014140431A (en) 2014-08-07
JP6375097B2 true JP6375097B2 (en) 2018-08-15

Family

ID=49955959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013009741A Active JP6375097B2 (en) 2013-01-23 2013-01-23 Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9630024B2 (en)
EP (1) EP2759317B1 (en)
JP (1) JP6375097B2 (en)
CN (1) CN103933672B (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10369381B2 (en) * 2014-09-02 2019-08-06 Mayo Foundation For Medical Education And Research System and method for robust intensity-modulated proton therapy planning
WO2016047194A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-31 株式会社日立製作所 Radiation-therapy planning apparatus, radiation-therapy planning method, and radiation-therapy system
CN104888364B (en) * 2015-04-23 2018-07-06 中国科学院近代物理研究所 Ion beam radiation therapy dosage verifying method based on water equivalent coefficient
US9764163B2 (en) * 2015-09-25 2017-09-19 Varian Medical Systems, Inc. Method and device for efficiently irradiating a target from multiple irradiation angles in a particle therapy system
CN108348767B (en) * 2015-11-13 2020-07-24 株式会社日立制作所 Particle beam therapy system
US11110298B2 (en) 2015-12-22 2021-09-07 Koninklijke Philips N.V. Intensity modulated proton therapy (IMPT) plan optimization based at least on internal organ anticipated movement and/or expected deformation
CN105457172B (en) * 2015-12-25 2019-04-23 上海联影医疗科技有限公司 The setting method and device of irradiating angle in radiotherapy
US10556124B2 (en) * 2016-02-29 2020-02-11 University Of Maryland, Baltimore System and method for optimizing a treatment plan for irradiation therapy using multi-criteria optimization (MCO)
JP6839987B2 (en) * 2017-01-19 2021-03-10 株式会社日立製作所 Treatment planning device and particle beam therapy system
JP6971054B2 (en) * 2017-05-08 2021-11-24 株式会社日立製作所 How to create treatment planning equipment, programs and treatment plans
EP3412340A1 (en) * 2017-06-08 2018-12-12 Koninklijke Philips N.V. Treatment plan generation for radiation therapy treatment
EP3744394A1 (en) * 2019-05-27 2020-12-02 Koninklijke Philips N.V. Intensity modulated particle therapy plan normalization scheme
US20220001206A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 Varian Medical Systems International Ag. Methods and systems used for planning radiation treatment
CN111921098B (en) * 2020-08-06 2022-07-08 北京连心医疗科技有限公司 Robustness optimization system based on radiotherapy biological effect
JP2022154269A (en) * 2021-03-30 2022-10-13 株式会社日立製作所 Treatment planning device, treatment plan generation method, and computer program

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3530072B2 (en) * 1999-05-13 2004-05-24 三菱電機株式会社 Control device for radiation irradiation apparatus for radiation therapy
US20030212325A1 (en) * 2002-03-12 2003-11-13 Cristian Cotrutz Method for determining a dose distribution in radiation therapy
CA2547492A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-23 Fox Chase Cancer Center Method of modulating laser-accelerated protons for radiation therapy
US7529339B2 (en) * 2003-12-12 2009-05-05 University Of Western Ontario Method and system for optimizing dose delivery of radiation
CA2796159A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-15 The University Of Manitoba Multi-objective radiation therapy optimization method
JP5521225B2 (en) * 2010-06-23 2014-06-11 独立行政法人放射線医学総合研究所 Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program
JP5722559B2 (en) * 2010-06-30 2015-05-20 株式会社日立製作所 Treatment planning device

Also Published As

Publication number Publication date
CN103933672A (en) 2014-07-23
US9630024B2 (en) 2017-04-25
EP2759317A1 (en) 2014-07-30
EP2759317B1 (en) 2017-08-16
US20140206923A1 (en) 2014-07-24
JP2014140431A (en) 2014-08-07
CN103933672B (en) 2017-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6375097B2 (en) Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method
JP5722559B2 (en) Treatment planning device
JP6377762B2 (en) Image guided radiation therapy
JP6588975B2 (en) System and computer program product for reverse radiation therapy planning
JP2019097969A (en) Particle beam treatment planning device and particle beam treatment system
JP6421194B2 (en) Radiotherapy planning apparatus, radiotherapy planning method, and radiotherapy system
JP5909167B2 (en) Radiation therapy planning device
JP4877784B2 (en) Irradiation planning apparatus, particle beam irradiation system, and computer program used therefor
JP2016520385A (en) Interactive dose gradient based optimization method to control IMRT delivery complexity
JP2021175513A (en) Method of selecting beam geometries
JP5401391B2 (en) Particle beam therapy planning apparatus and therapy planning method
JP6717453B2 (en) Radiation irradiation planning device, clinical decision support device and program
JP2018187089A (en) Treatment planning device
US20230372736A1 (en) Evaluation and presentation of robustness of a treatment plan
JP2008099807A (en) Radiotherapy planning apparatus and radiotherapy planning method
JP6196912B2 (en) Treatment planning device and program for creating treatment plan information
JP3720273B2 (en) Radiotherapy planning support method and apparatus, and radiotherapy apparatus using the same
JP2017184929A (en) Radiation therapy planning device
JP6063982B2 (en) Particle beam therapy system
JP2013132489A (en) Therapy planning apparatus and particle beam therapy system
WO2022224692A1 (en) Therapeutic planning device, particle-beam radiation therapy system, therapeutic plan generation method, and computer program
JP6063983B2 (en) Particle beam therapy system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160328

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160823

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161124

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20161202

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170110

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170112

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170124

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20170203

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171023

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180723

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6375097

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150